在遭受反右擴大化的衝擊之後，新中國教育史上又掀起了教育革命和教育“大躍進”運動。1958年，中共甘肅省委圍繞貫徹中央提出的社會主義教育方針，在全省逐步開展教育革命運動。此後，隨著加強黨的領導、開展勤工儉學、改革學製、改革課程設置、教學內容和下放教育權限等一係列改革措施的實施，教育革命深入發展，到1958年下半年，形成了第一次群眾運動的高潮；從1959年開展反對“右傾機會主義”、保衛總路線的大辯論之後，又掀起了第二次群眾運動。在上述形勢下，蘭州教育係統在三年期間投入以“大躍進”為方向的改革熱潮之中。在中小學教育方麵，省教育廳為貫徹“中小學麵向農村”的方針，提出“初中出城，小學上山”的口號，要求1962年全省達到“鄉鄉有中學，社社有小學”，使學齡兒童入學率達到80%以上，基本普及小學教育。之後省委對教育廳提出的發展指標又作了全麵修訂，改“基本普及小學教育”為“普及小學教育”，時間要求比原計劃提前兩年。隨後，省教育廳、省委先後頒發一係列規定，提出中小學教育、職業教育、師範教育的“大躍進”發展目標。其決策的主要失誤，是沒有實事求是地把需要與可能結合起來，而在執行過程中，又不適當地采取群眾運動的形式，強調“政治掛帥”，“思想領先”，助長了“寧左勿右”的傾向，使得主張實事求是、按規律辦事的人不敢講話，難以抵製，導致了執行過程中的更大失誤。
在反右傾、大躍進的形勢下，高等學校“躍進”的主要表現，是進行“挖潛力”，大辦各種全日製學校、業餘訓練班和業餘大學，或分出部分專業或某個係獨立建校，有的依托科研機構、農場或工廠辦高等院校。同時還要求農業社、廠礦企業都要辦學校，學校也要辦學校。大學辦中學，中學辦技校，小學辦掃盲班，全日製學校辦各種業餘學校。在“大躍進”中，創辦了大量各級各類學校，帶來了學校數量的畸形發展。從全省的情況看，三年期間，高等學校發展到43所，是1957年的8.6倍；建中等學校821所，增長5.5倍；小學新增5304所，增長1.5倍；幼兒園29158所，增長3.6倍。
上述做法，違背了教育發展的規律，造成了嚴重後果。第一，致使教育與經濟失調加劇，教育失去了穩定增長的經費保證，教育投入處於臨界狀態，教育事業連續三年處於嚴重的沒有物質基礎保障的狀態中。第二，忽視教育規律，強調階級教育和勞動觀點教育，大量組織社會政治活動和參加生產勞動，致使教育秩序混亂，教學質量下降。第三，掃盲運動和業餘教育追求虛名，忽視實效。盡管教育管理部門多次下發了關於加強掃盲工作的通知，但由於經濟尤其是農業生產的大滑坡，使掃盲工作很難開展起來。成人教育的其他方麵也出現了反複。事實證明，無視生產力水平、脫離經濟發展而單獨發展成人教育是不可能的。第四，教育的冒進結局，激化了教育內部的矛盾。自各級各類學校激增之後，學生的流動輟學現象日趨嚴重。1960年3月，省教育廳在《關於製止普通中小學在校學生流動現象的緊急報告》中指出，大中小學學生流動現象十分嚴重，其主要原因是：部分學生家庭經濟困難，停學謀求出路；學生體弱多病，無法堅持學習；學校對學生學習和生活安排不妥等。為此提出了解決的辦法：教育學生明確堅持長期學習的重要意義；學校對申請休、退學學生的審批要嚴格；積極改善夥食，減輕學生負擔，保證學生健康、正常學習。顯然，上述措施並未認識到問題的根源，是無法真正解決失學輟學問題的。教育盲目發展，比例失衡，生源更是嚴重不足。同時教師奇缺的矛盾也很突出，為此，1958年4月，省委在《關於對教育工作幾個問題的指示》中，要求整頓教師隊伍，強調缺額要從下放幹部或回鄉知識青年中聘請，也可在專、縣之間互相調整補充。上述降格任用的辦法，雖然補充了一定數量的教師，但師資質量下降的矛盾更加突出。小學教師教初中、初中教師教高中、知識青年教小學的作法，成為“大躍進”所造成的一種奇特現象，對教育事業的發展帶來嚴重的負麵影響。
以上表明，1958年以來持續三年的教育“大躍進”，使教育發展過快，戰線過長，規模過大，超過了國民經濟的實際承受能力，特別是超過了農業生產發展水平，也超過了教育事業本身的發展條件。因此，為了改變教育事業和國民經濟水平不相適應的局麵，把縮小教育規模和提高教育質量結合起來，中央決定在調整國民經濟的同時，對教育事業進行調整。1960年11月，中央文教小組召開全國文教工作會議，討論了在文教戰線貫徹以農業為基礎的方針問題，檢討了文教係統存在的問題，集中研究了在教育工作中貫徹執行“調整、鞏固、充實、提高”八字方針的問題。根據中央的精神，1961-1963年期間，在省委的統一領導組織下，蘭州的教育事業進入調整發展階段，決定縮短教育戰線，壓縮規模，集中力量提高教育質量。1961年，根據省委的部署，調整重點是高等學校和中等專業學校，範圍包括縮短教育戰線，合理安排學校布局和各級學校的發展比例，強調“在數量上要堅決地退，在質量上要堅決地進”。1962年，教育部提出了進一步調整教育事業的意見，決定繼續裁並高等學校和新設立的條件差的中等專業學校，對全日製中小學適當壓縮規模，調整布局，將裁撤後剩餘的優秀教師，用來逐級提高各級學校的師資力量，用裁並學校的校舍、圖書、儀器、設備來充實保留下來的學校。根據中央精神和省委指示，蘭州的各級各類學校又進行了調整，對進一步整頓學校教學秩序、提高教育質量起了積極作用。經過兩次調整，壓縮了教育事業的規模，減少了國家商品糧的供應，增加了農業勞動力，使教育事業規模同當時的國民經濟水平大體相適應，教育事業內部嚴重失調的關係得到了調整，改變了高等學校和中等專業學校專業設置重複的情況，各級各類學校的辦學、教學條件、領導力量和教學力量有了充實和加強，初步恢複和建立了正常的教學秩序，教育教學質量開始提高。在此基礎上，於1963年，在總結前兩年調整經驗的基礎上，按照中央、省委和省教育廳的指示，對中小學和高等教育又進行了後續調整，強調要把調整工作的主要力量和工作重心逐漸轉移到提高教育質量上來，調整和補充中小學領導幹部和教師，組織各級重點學校和教育行政幹部學習中小學暫行條例，改進工作，整頓學校教學秩序，製定培養各級學校教師的計劃。
在貫徹“八字方針”，調整推進教育改革的同時，還貫徹落實中央下發的大中小學工作條例。1961年9月，據中央批準下發的《教育部直屬高等學校暫行工作條例》（即高教六十條），甘肅省委宣傳部和省教育廳三次召集會議，討論貫徹意見，規定蘭州大學全麵試行高教六十條，其他高等學校積極創造條件準備試行。1962年3月以後，相繼試行“高教六十條”的有蘭州鐵道學院、甘肅師範大學、甘肅農業大學。在試行中，部分院校還各自製定了符合學校實際情況的關於學習和試行高教六十條的工作規劃。蘭州大學校長江隆基根據學習和貫徹的體會，在《試論高等學校工作的經驗》一文中，提出了高等院校工作的八條原則。1963年4月，省教育廳對全省高等院校試行高教六十條的情況進行了初步總結，認為一年來的試行工作使高等學校的各項工作逐步走上了正軌，對於穩定教育秩序，改進教學工作，提高教學質量，調動知識分子積極性，鞏固和發展蘭州高等教育事業具有明顯成效。
1963年3月，中共中央頒發《全日製中小學暫行工作條例》，指出中小學教育是整個教育事業的基礎，中小學教育質量的高低，不僅關係的子孫後代，而且直接影響我國高等教育和科學研究的水平。中小學暫行工作條例，要求以馬列主義、毛澤東思想為指導，對學生進行愛國主義和國際主義教育；同時提出在思想教育工作中，針對學生的特點，通過各種生動活潑的方式進行，避免一般化和簡單化。之後，蘭州教育係統開始試行中小學暫行條例，以教學為主，全麵安排學校各項工作。蘭州市教育局召開減輕學生負擔、改進教學方法、提高教育質量座談會。甘肅教育學院和甘肅師範大學聯合召開中學教育問題座談會，就提高課堂質量、改進計分方法和開展學科競賽問題進行了討論。到1965年，全市各級各類教育又達到一個較合理的新水平。
1964年2月到1965年12月，毛澤東先後7次對教育工作和教育教學改革發表了重要指示，指出現行的“學製、課程、教學方法、考試方法都要改”，以“培養青年們在德、智、體諸方麵生動活潑地主動地得到發展”，這對於教育教學改革提出了很高的要求。對此，高教部領導強調了思想要積極，步驟要穩妥的改革思路，甘肅省委確定以毛澤東思想為指導，堅持兩種教育思想、兩種教育方針、兩條道路的鬥爭，深入開展教育革命的工作方針，省教育廳先後頒布了一係列改革的規定與要求。蘭州地區除認真學習、廣泛宣傳毛澤東的指示外，按照甘肅省委、省教育廳的具體要求，在調整教學計劃，減輕學生負擔，提高教學質量方麵逐步進行改革。在全日製中小學教育方麵，對中學生學業成績的考試、考查的目的、內容，期中、期末考試學科，學期、學年成績評定辦法，補考、留級、畢業考試等環節都進行了改革。為了減輕中小學生負擔過重的現象，適當減少了各年級的課程門類和周數。注意減少學生活動總量，以保證學生休息時間和自由支配時間。以上改革盡管在不斷進行並取得一定成效，但由於提出的教育改革要求高，加之同時在全國城鄉進行的“四清”運動和社會主義教育運動的影響，強化階級鬥爭的觀念，注重教育為政治鬥爭服務，因此，教育改革工作的落實難度頗大。
總體而言，在新中國成立的17年間，蘭州教育事業在不斷探索發展的過程中取得了較為顯著的成效。這一時期，全市高等學校發展到7所，中等專業學校增加到37所，職業中學達到34所，普通中學計有48所，小學有492所，各類學校在校人數總計達到22.9萬人，掃除文盲19.6萬人。至此，在每萬人口中，大學生由1949年的24.9人增加為60.8人；中專中師生由26.6人增為52.6人；中學生由48.9人增為250人；小學生由610.4人增為1135.4人。盡管經曆了不少曲折，但全市各級各類教育仍達到新的水平。